ESRI CITYENGINE. PLANIFICACIÓN URBANA VIRTUAL.

• Es sorprendente como durante la última década la información geográfica ha sufrido su propia e inevitable "transformación digital" de un modo desbordante. Petabytes de recursos útiles para nuestro quehacer cotidiano se hallan almacenados/disponibles en la nube como "open data"; somos nosotros quienes tenemos que conocer su existencia, ubicación y saber explotarlos a nuestra conveniencia. 
• La necesidad del aprovechamiento masivo de esta información se hace patente en la utilización de software para la planificación/ordenación urbana de municipios. Puedes imaginar la potencia combinada de un SIG con un modelo virtual de tu localidad donde sea posible ejecutar posteriormente todas las tareas de geoprocesamiento y análisis espacial típicos ?¿?¿ --> esto es posible a partir del uso de CITYENGINE.

Ciudad medieval creada por un usuario de CITYENGINE.

• Se trata de una aplicación específica para generar ciudades virtuales en 3D incluyendo todos los elementos existentes en una ambiente urbano. Dicho modelado se consigue mediante la utilización de reglas/rules (que son programables/paramétricas) teniendo como base cartografía/datos existentes en 2D. Los tipos de objetos creados pueden ser edificios (fachadas,pisos, techos), calles, vegetación, mobiliario, vehículos/peatones y su densidad.
• El esquema de trabajo/proceso que debe seguirse a la hora de acometer un trabajo de ésta índole es siempre el mismo:

• A partir de la información geográfica disponible en la web (sitios descritos en otros posts; como CNIG y SEC) podemos proveer (elaboración/formateo de datos en ARCGIS) un MDT05 en formato raster (TIF) de la zona de estudio, una ortofoto de la PNOA máxima actualidad (TIF), *.shp con cartografía catastral (con atributos aplicables al proceso "procedural"), datos de vías de comunicación descargados de OPENSTREETMAP.ORG y modelos 3d disponibles en 3DWAREHOUSE (de google) para integrar todo ello en nuestra "TALAVERA VIRTUAL".

ORTOFOTO PNOA, MDT05-LIDAR y BLOQUES CATASTRO

• Los modelos 3D  que sean importados han de transformarse a formato *.DAE (Collada) u *.OBJ (Wavefront Technologies) para implementarlo en el espacio de trabajo de CITYENGINE; eso es sencillo utilizando Sketchup (*. skp es el formato nativo de los objetos de la web 3Dwarehouse) o Rhino (mi favorito).

Bloque/edificio en C/ Antonio Nebrija nº6 y Palacio de Villatoya (zona centro_Talavera)

• La red viaria y otros eventos geográficos podemos importarlos en formato *.osm; aunque si es cierto que es necesario depurar/seleccionar gran cantidad de datos para que sean útiles a nuestra elaboración final..
• Según la web de OpenStreetMap (OSM): “OpenStreetMap es un mapamundi libre, creado por gente como tú”. OpenStreetMap no es exclusivamente una base de datos -> hay gran cantidad de proyectos de software libre y propietario desarrollados específicamente para editarla. Se basan en la API de OSM. También hay proyectos de software libre y propietario desarrollados para permitir la visualización y navegación en mapas creados con los datos de OSM --> si no lo conocéis pégale un ojo, es la pera ¡¡¡.

Web Openstreetmap Exportación Datos Geograficos + *.OSM importado en ArcGIS

• El interface del software no es demasiado intuitivo; esto es debido a que su utilización está enfocada a usuarios avanzados con conocimientos de SIG y programación en Python ( y es que la dificultad principal es desarrollar las rules/scripts en este sistema de programación para poder aplicárselas a nuestros datos geográficos; normalmente geometría 2D con tablas de atributos asociadas --> como es un *.shp). 

Vista Interface 0

• Las ventanas  principales de CITYENGINE en configuración de trabajo son: 

1. Scene editor permite la gestión de la escena, capas y objetos importados/creados.
2. CGA rule editor /editor de reglas Python en formato gráfico y texto.
3. Navigator para administrar y visualizar archivos en el espacio de trabajo.
4. 3D viewport  o vista de cámara de la escena (isométrica/perspectiva).
5. Inspector permite la vista detallada y edición de los objetos seleccionados.
6. Console de salida de texto impreso (editor) y Log para mensajes/warnings de CityEngine; consola de informacion  de CGA rules -> errores de compilación y similares, reporte de operaciones en segundo nivel.

• Tras la  creación de un proyecto nuevo se presenta una estructura dividida en subdirectorios (el "wizard" de creación/seguimiento de inicio es muy básico); donde destacan (ver viñeta inferior):
• Asset: donde son almacenados texturas (facades) y modelos que están referenciados (se las llama) desde las reglas de generación CGA.
• Data, images y maps: Directorios de importación de los datos elaborados/base del modelo tridimensional. Ficheros *.shp, *.osm, ortofotos, DEM, MDT´s etc.
• Models: Ubicación de los modelos 3d singulares importados (edificios emblemáticos/monumentales, iconos, etc)
• Rules: Donde se proveen los scripts de Python aplicables al resto de datos importados.

Vista Interface 1.

• No preocuparse en exceso; porque la gente de ESRI es inteligente (por eso venden tanto¡¡¡) y sabe que hay muchos profesionales que no tienen el tiempo o la capacidad de desarrollar según que algoritmos (y menos liarse a programar); por lo que adjunta una serie de librerías (rules y texturas) disponibles para su inmediata utilización. Aquí un ejemplo de GIF animado; variando algunos parámetros de la regla Python (International City.cga) de creación/generación en una parcela que ocupa un campo de futbol junto a la Universidad de Castilla La Mancha:

• Suponiendo que los atributos ( BBDD/GIS) en las tablas de nuestras parcelas urbanas indiquen el status/clasificación de cada una (zona residencial, apartamentos, zona abierta/ajardinada etc) u otro dato característico; pueden relacionarse total o parcialmente con los parámetros de la rule, realizando generaciones prácticamente desatendidas de la totalidad del modelo.
• A partir de los datos vectoriales (shapefile) proporcionados por la web del catastro creé un pequeño script  para clasificar el campo CONSTRU (de formato: -I+XI - significa que edificio es de 11 alturas + 1 sótano) en otro llamado Alturas (numero de pisos). Para facilitar el proceso de extrusión de huellas/parcelas en CITYENGINE posteriormente creé otro campo  Longitud (altura total en metros del inmueble o Alturas x 3m). 
• Una muestra que describe la utilidad de lo anteriormente expuesto se observa en la generación del modelo 3D del edificio mas alto de la ciudad (18 alturas). Building for footprint.cga (importada del proyecto ESRI.lib) es la regla que utilizamos; puede generar el edificio a partir de tan solo su planta (sin mas datos) con numerosas variantes. Como queremos una representación lo mas realista posible le podemos proporcionar ciertos campos ya inventariados/contrastados como numero de pisos, altitud (para extrusión), forma de la cubierta, uso del edificio (texturas aleatorias) --> en definitiva enlazar el código Python con datos reales.

Representación del Edificio de la Paz- 18 alturas.

• Comentar que la generación de la red viaria/carreteras urbanas en esta aplicación desde los datos de OPENSTREETMAP es un infierno infernal, habría de tratarse totalmente a parte y realizar una discretización brutal, ya que al tratarse de documentación "opensource" donde han intervenido varios "elementos/satelites" en su elaboración, su posible uso es un laberinto pero de los buenos (al menos en el caso que nos ocupa, igual otros municipios están oK).
• De todos modos existen una serie de herramientas específicas para la creación, manipulación, edición y suavizado de la geometría en viales (ver imagen inferior). De este modo pueden extraerse las redes arteriales de OSM y "ajustarlas" hasta que su visualización sea la adecuada (personalmente me ha resultado lo mas complejo de tratar).

Edición  geometría de calles. BBDD OSM

• El detalle de nuestra ciudad virtual puede ser lo realista que nosotros queramos; es cuestión de seguir añadiendo datos/modelos de manera paulatina (y desde luego gestionarlo en equipos informáticos lo suficientemente potentes).Se trata de un trabajo escalar; debería seguirse completando con la evolución urbana o el crecimiento de la localidad (podría ser una gran herramienta de análisis para la oficina técnica en ayuntamientos municipales). Una pequeña muestra del trabajo definitivo (se añade la ubicación del antiguo recinto amurallado árabe sobre la ciudad actual).

• La información generada debe poder compartirse; para ello el software permite enlazar con varios formatos standard y aplicaciones complementarias:

• Collada, Wavefront OBJ y Fbx son las extensiones mas comunes y fiables de exportación/importación de escenas/modelos tridimensionales.
• Podemos generar un fichero *.kml para implementar nuestras creaciones en Google Earth.
• Mediante la conversión a ficheros ESRI Geodatabase toda la información gráfica+atributos puede transferirse a ARCGIS for Desktop o ArcScene (podemos realizar las modificaciones oportunas y revertir de nuevo dichos datos). De facto Arcgis 10.2; ya incorpora 2 herramientas en su Toolbox de 3D Analyst específicas (denominada Cityengine --> no las he probado; la verdad).
• Finalmente podemos publicar dicho material en el portal de ARCGIS OnLine  y a través de Web Cityengine Web Viewer chequear/compartir el modelo e incluso realizar visitas virtuales, comparación de escenarios etc. El problema con esta herramienta como con todos los visores web es que no "traga" modelos muy pesados y en ocasiones plantea problemas con ciertas geometrías o texturas (es un poco tedioso hasta que consigues efectuar la representación como es debido).
• Abajo un vista de la zona deportiva (campo de fútbol) junto a la universidad donde se ha proyectado una futura urbanización; así como edificio de apartamentos y residencial (vista en Google Earth).

• La misma escena compartida en Cityengine WEB VIEWER da mucho mas juego al ser totalmente interactiva (tal y como hemos descrito en puntos anteriores).

• Bueno el que quiera experimentar que se enrede a ello, espero que lo visto os halla resultado curioso --->  no olvidéis compartir vuestros modelos¡¡¡¡¡.
• Hasta la próxima.
• By Rah.

PLANIFICACIÓN DE VUELO Y OBTENCIÓN DE DATOS CARTOGRÁFICOS EN LEVANTAMIENTOS REALIZADOS CON V.A.N.T.

• En alguna ocasión anterior ya hemos hablado de los productos cartográficos/topográficos obtenidos a través de UAV/microdrones o vehículos aéreos no tripulados (VANT). Ahora nos centraremos en todo el proceso de forma mas detallada, estableciendo unas directrices generales en las que dividiremos nuestro proyecto; así mismo acotaremos (según la información disponible) la precisión/bondad del producto final.

TRAYECTORIA DE VUELO DE DRON PARA LEVANTAMIENTO URBANO.

• Las fases generales del trabajo serán:
• a) Planificación del Vuelo: En función de la resolución a obtener, extensión/ubicación de la zona a levantar y orografía del terreno hemos de obtener las posiciones en las que la cámara (normalmente compacta/convencional) efectuará cada toma. Existe software específico  a tal efecto, pero es muy recomendable tener conocimientos de fotogrametría para evitar sorpresas: 

1. Elección del equipo UAV (multirrotor/ala fija) y  Sistema de Referencia del trabajo (EPSG:258XX- Utm_Etrs89_husoXX).
2. Generación de fichero de especificaciones de la cámara: Tipo de Sensor, montaje (respecto a eje de vuelo), formato de imagen (extensión en pixeles de la imagen), focal (en mm), resolución geométrica (tamaño de un pixel en el sensor), coordenadas XY del punto de autocolimación (certificado calibración cámara) y bandas del sensor/resolución radiométrica. Aunque los parámetros finalmente determinantes suelen ser peso y focal (inciden directamente en la autonomía/altura del vuelo) un verdadero handicap para los proyectos realizados con VANT. 
3. Introducción de los datos de partida: MDT de la zona de estudio (control geométrico xyz del vuelo) normalmente en formato raster, ortoimágenes actualizadas y shapefiles área de levantamiento, dirección de vuelo y puntos de despegue/aterrizaje. También han de establecerse la velocidad de crucero, ascenso y descenso del aparato (datos medios:10-2.5 y 2.0 m/seg respectivamente en multirrotores - para que os hagáis una idea)
4. Determinar la resolución del pixel del fotograma a escala terreno (Ground Sample Distance= Altura de vuelo x Tamaño pixel (sensor) / focal) -> elección de cámara y altura de vuelo.
5. Establecer los recubrimientos longitudinales y transversales de las capturas (garantizar los modelos estereoscópicos entre pares de tomas). La extensión del territorio cubierta por el vuelo será función de la inclinación del eje vertical, variaciones en altura de vuelo y el relieve del terreno (ver esquema inferior).

GEOMETRÍA DE RECUBRIMIENTOS

• Normalmente en este tipo de trabajos las tomas serán verticales y la altura sobre el terreno se mantendrá constante (trayectoria de vuelo del dron se programa adaptada al MDT) con el objetivo de fijar la resolución del pixel sobre terreno en todos los fotogramas (GSD).Generalmente han establecerse recubrimientos longitudinales superiores al 50% y transversales entre un 15-30% (numero de capturas y pasadas contiguas óptimas pues son proporcionales al tiempo de vuelo --> muy restrictivo en estos casos).
• b) Geolocalización, Sistema Inercial del VANT y Apoyo fotogramétrico: En la mayoría de los UAV el GPS incluido funciona en modo de navegación (aunque ya existen con posibilidad de corrección diferencial en tiempo real) y normalmente mejoran su localización con SBAS (EGNOS,WAAS...) por lo que se supone que la precisión en la determinación de los puntos de vista de cada captura rondará r.m.c.<2 m; esto es suficiente para el control/seguimiento/desarrollo del vuelo planificado. 
• Para relacionar el sistema de coordenadas espaciales con el terreno se incorpora un sistema inercial que mide los ángulos de rotación de la imagen en todos los ejes (mediante acelerómetros), esto es necesario para garantizar la orientación externa del modelo (además de efectuar las compensaciones automáticas necesarias de la situación relativa del aparato).
• La georeferenciación (dar escala y situación absoluta al modelo) de los datos obtenidos se realizará a través de la toma en campo de las coordenadas de puntos de apoyo en el sistema de referencia geodésico local (normalmente posiciones GPS-RTK convencionales con precisión centimétrica). Se utilizan señales de puntería perfectamente visibles desde las fotografías capturadas y distribuidas homogéneamente por toda la zona de actuación (estos datos se utilizan en etapa de restitución/gabinete).

FOTOCENTROS, PASADAS Y PUNTOS DE APOYO.

•  El software de planificación de la misión nos facilitará los datos calculados/carácterísticos de la misma como son: huellas de cada fotograma en el terreno, identificación de las pasadas, posición y altura de fotocentros (listados xyz), elevaciones del terreno y GSD max-min-med en cada captura, extensión de cada toma, orientación de las pasadas etc (ver viñeta arriba). Un parámetro fundamental en base a los datos introducidos será la duración estimada del proyecto en consonancia con el tipo de dron, carga transportada, altura y velocidad de las trayectorias. 
• c) Ejecución del plan de vuelo y captura de datos: una vez realizado el apoyo topográfico efectuaremos el desarrollo del trabajo en base a las especificaciones calculadas realizando una o más tomas fotográficas en cada punto programado.
• d) Proceso y calculo de los datos capturados: Dispondremos una vez realizado el proyecto de vuelo de una serie de fotografías georreferenciadas y unos puntos de apoyo con coordenadas absolutas que cubren toda la zona de actuación. Sería necesario comenzar la restitución del modelo a partir de los paquetes de software disponibles a tal fin como son OrtoSky (mas "profesional"), Pix4dmapper o PhotoScan (más "on the fly").

VISIÓN DE FOTOGRAMAS CAPTURADOS- GEOSETTER.

• En esta ocasión restituiremos una cantera a cielo abierto situada en Suiza (no tenemos otra cosa para enredar) donde se ha proyectado un vuelo con 127 fotogramas y se han tomado 5 puntos de apoyo (escasos-para georeferenciación). La superficie cubierta es de aproximadamente 51 has- GSD 9.11 cm y GRS _WGS84/UTM 32N.
• En primer lugar se cargan las fotografías del vuelo y los puntos de apoyo tomados (especificando su SGR). La cámara fotográfica (de uso convencional) suele detectarse sin problemas; incluidos sus especificaciones/calibración. El software permite algunas personalizaciones sobre el producto final a obtener (ajuste automático de parámetros internos de cáculo/proceso) ya sea mapa 3D del terreno, un modelo de un objeto, imágenes térmicas/infrarrojas para agricultura etc. 

• Se ajusta/alinea a priori la posición primitiva de las tomas fotográficas a partir de  la búsqueda de puntos/pixeles comunes/análogos entre pares de fotogramas. Realiza una representación previa de los puntos de vista de la cámara, nube de puntos de coincidencia encontrados aunque no tiene la capacidad aún de ajustar a sus posiciones reales los datos de referenciación del apoyo fotogramétrico (de forma manual localizaremos las señales de puntería lo mas exactamente posible en cada toma- se aprecian perfectamente).

• Una vez localizados los puntos de apoyo e identificados en los fotogramas (en todos los que sean claramente visibles) hemos de realinear las tomas y reoptimizar el ajuste del modelo. Podemos generar un informe de calidad de todo el proceso en formato pdf donde se cuantifican las bondades/precisiones obtenidas en la relación entre pares estereoscópicos, imágenes ajustadas, optimización de la cámara, numero de puntos en coincidencia por imagen calibrada, error medio cuadrático de la georeferenciación, precisiones de puntos de apoyo etc. Descargar reporte de calidad. .
• El siguiente paso es el cálculo de la densificación de los puntos del modelo para posteriormente establecer una malla de triángulos con texturas o modelo digital del terreno con realismo
• El software dispone de algunas herramientas útiles (aunque no muy elaboradas) para extraer información de la zona de estudio como son: cálculo de superficies/volúmenes e incluso la posibilidad de realizar una animación/visita virtual del producto final.

• La documentación generada llegados a este punto es bastante variada:
• a) Modelo digital de Elevación: DEM en formatos raster (Geotiff con tamaño de celda el GSD-8.73 cm x 8.73cm en este caso) y  LIDAR *.las, *.laz y *.xyz. Superficie texturizada en PDF 3D, *.fbx, y *. obj (software diseño 3d). curvas de nivel con equidistancia variable (sin lineas de ruptura) en formatos *.shp, *.dxf y *.pdf. Vistas en Arcgis de lo expuesto:

• Arriba DEM *.tif + curvas de nivel *.shp con 1 m de equidistancia. Abajo vista de fichero LIDAR *.las en perspectiva y planta. Si se quisiera realizar operaciones en un futuro de los volúmenes de tierras excavados, estudiar un sellado de la cantera etc, dispondríamos de gran cantidad de datos que podríamos "cocinar" e implementar en nuestros programas topográficos clásicos para cuantificar esas magnitudes o proyectar cualquier alternativa al respecto.

• b) Otra documentación: Ortoimagen y mosaicos en alta resolución georeferenciados en formato *.TIF, *jgp , mapas de teselas para mostrar la zona de estudio en Google Earth/Mapbox, DSM tiles  Etc.

• Ortofoto junto a curvas de nivel del modelo restituido (arriba) y representación de un GIF animado sobre Google Earth (cambios en la explotación- abajo).

• Finalmente (abajo) vista 3d con textura importada en Rhino a partir de *.fbx generado por Photoscan.

• Los UAV son mucho más baratos, flexibles y permiten mayores resoluciones que los vuelos fotogramétricos convencionales. Sin embargo la facilidad e inmediatez que supone el uso de estas tecnologías no nos debe hacer olvidar la calidad y precisión que exige un trabajo cartográfico profesional, y contar con las herramientas y profesionales adecuados sigue siendo igual de necesario que con los métodos tradicionales.
• Para este tipo de trabajos se recomienda vigilar los siguientes aspectos negativos (y el que quiera que investigue mas a fondo...):

1. Una mala planificación de vuelo (parámetros implicados)
2. Ojo con el solape entre fotogramas, más solape no significa según que casos que sea lo mejor.
3. Mala elección del UAV a utilizar (ala fija o multirrotor tienen pros y contras)
4. Las soluciones de software "all in one" son más rápidas pero puede que no sean las mas adecuadas (sería mas conveniente utilizar paquetes que pueden tratar estereoscopía entre pares; como en la restitución digital de toda la vida)
5. Falta de control de calidad de los resultados. Ciertas empresas te entregan la documentación y la bondad de los trabajos no está bien contrastada. Un ejemplo: casi nadie evalúa (alguna vez) las desviaciones entre puntos tomados al azar entre el modelo realizado/restituido con Dron y un levantamiento de topografía clásica de esos mismos registros (pero no los empleados como apoyo/ajuste en la restitución; si no otros ex profeso) con GPS-RTK.

• Espero que lo expuesto os sirva de alguna utilidad
• Hasta la próxima.
• By Rah.

AUTODESK INFRAWORKS 360. PROYECTAR LA REALIDAD.

• Si estás buscando una aplicación que sea nexo de unión entre la gran abundancia de datos geográficos existentes en la nube, las herramientas de diseño/trazado de obras lineales, los SIG y el modelado 3D/infográfico; dicho software es  Autodesk  Infraworks 360.
• Permite diseñar carreteras, ferrocarriles, puentes, generar obras de drenaje, construir modelos de desmontes/terraplenes, crear masas de agua y definir ciudades enteras. Puede crear modelos exactos al entorno real y te habilita para trabajar sobre los mismos de una manera dinámica. Así mismo, te permite realizar análisis precisos de pendientes, explanaciones, movimientos de tierras y de elementos de infraestructuras. 

Interface de INFRAWORKS 360

• Como ejemplo vamos a proyectar la renovación de una carretera arterial que comunicará un polígono industrial con una localidad aledaña (salvando un desnivel considerable). Lo primero es obtener la base cartográfica, datos lidar de superficie/mdt´s, ortofotos y toda la información de partida para situar nuestro proyecto. Infraworks permite un abanico de formatos de importación brutal. Aquí un esquema de las extensiones que podemos importar en inicio:

• Será necesario realizar un filtrado de los datos o acotar la información obtenida de cualquier portal IDEE mediante tu software SIG (zonas específicas de estudio, buffer a eje de obra lineal). En el caso de España recomiendo trabajar con los metadatos recogidos en la web del CNIG. 
• Suponiendo que los modelos que se generen vayan a formar parte de un proyecto de infraestructura y sea necesario gran volumen de datos/exactitud; lo ideal sería trabajar con los datos LIDAR de cuadrícula 2km x 2km restringidos a últimos retornos (solo suelo¡¡). Lógicamente dicha información hay que  saber "cocinarla"; pero el DEM resultante  (orden de magnitud) podría ser un GRID raster con celdas de 1 pto/m2 UTM/ETRS89 con r.m.c en xyz<20-30cm (cotas ortométricas).
• Integrando además una ortofoto de actualidad de la PNOA dispondremos de la representación espacial de cualquier paraje mas exacta que podemos obtener hoy día (hablando de "open data").
• La traza comienza sobre un paso superior y discurre por una carretera existente donde es necesario una ampliación de plataforma y adecuación del trayecto (suavizando una serie de curvas pronunciadas). A su vez han de generarse las estructuras y drenaje transversal oportunos para salvar los condicionantes orográficos..

Planta de Obra lineal

• Mediante las herramientas disponibles se define el trazado en planta dentro de la tipología (carretera arterial 2 carriles + arcén) y normativa (AASTHO 2011) que el software nos facilita; posteriormente podremos ajustar la rasante de forma interactiva.

Ajuste de Rasante

• La definición de geometría (arterial, collector, freeway, local), estilo (carretera interestatal, urbana, pista ), carriles de avance o inversos y características de la explanación (anchura fija, talud fijo) pueden modificarse en tiempo real con un solo click; viéndose los cambios reflejados de forma instantánea en el modelo.
• Aquí podemos ver como se define rápidamente un paso superior sobre una autopista apoyándonos en el perfil longitudinal del trazado sobre el MDT o un puente que ha de salvar un pequeña vaguada. Es necesario definir ciertos parámetros: si se trata de estructura metálica o jácena prefabricada, la normativa de diseño, espesor del tablero, resistencia del hormigón, carga muerta superpuesta, numero de pilas etc. 

Paso Superior sobre N-V

• La representación de los elementos diseñados es impecable, de gran realismo y además totalmente interactiva; pueden moverse y girar pilas, editar sección de las vigas prefabricadas, tipología de la vía o incluso trasladar toda la estructura.

Puente sobre vaguada

• Otro apartado curioso son las obras de drenaje transversal. El software dispone los cálculos necesarios a partir de la máxima avenida ordinaria para dimensionar y encajar geométricamente conductos y aletas (circulares_tubo, rectangulares_cajón) bajo el terraplén. Cualquier modificación en la rasante o taludes de las tierras realizará un reajuste de todas las O.D.T definidas.

Cálculo y encaje de ODT.

• La comunicación bidireccional con Autocad Civil 3D  es perfecta y está asegurada a través de la exportación e importación de ficheros con formato *.imx . Habría que investigar que entidades puede importar Infraworks 360 a través de archivos Landxml (integrado en la aplicación) para conectar con herramientas de trazado mas convencionales como pueden ser ISTRAM/ISPOL de Buhodra, CLIP DE Tool S.A., INROADS de Bentley o  MDT de Aplitop (los standares de la obra civil/topografía para proyecto/ejecución).
• Otros "addons" incluidos son: estudios de visibilidad, simulación de tráfico (ciudades) e incluso optimización de obra y del perfil (que viene a ser: generar la obra lineal con unas características predefinidas para posteriormente realizar ajustes mas personalizados e incluso valoración previa del costo efectivo; mediante reporte de un informe por computación en la nube, junto con los parámetros de diseño y el modelo generado).
• En cuanto a herramientas de cálculos volumétricos: dispone de una denominada estadística del terreno que rápidamente y por selección de linea poligonal (zona cerrada) nos informa del estado del balance de tierras (en una zona o en la totalidad de la obra). 
• Las intersecciones y glorietas entre viales son fácilmente generadas y tienen en cuenta en sus características (sobreanchos/abocinamientos) los diferentes tipos de tráfico que se le indiquen. En la imagen adjunta se aprecian varias tipologías definidas para vehículos ligeros:

Intersecciones y glorieta

• En el apartado de realismo/infografías dispone de gran cantidad de bloques 3D texturizados que se pueden añadir a nuestro modelo: edificaciones. vehículos, vegetación, señalización, masas de agua y además permite controlar totalmente las condiciones ambientales y de iluminación; esto es muy útil cuando trabajamos con la totalidad de nuestra nube LIDAR para efectuar representaciones como la adjunta:

Superficie LIDAR + PNOA

• El software dispone además de una aplicación para elaborar animaciones de los proyectos creados; es bastante básica, pero útil para mostrar el producto terminado al cliente o las alternativas/viabilidades en estudio. Aquí una animación del proyecto elaborado para nuestro blog:

• La posibilidad de importar información basada en O.G.C. como son los metadatos Citygml permite gestionar composiciones de Big Data como es esta visión de la ciudad de Moscú virtualizada. El futuro de la planificación y el desarrollo urbanísticos pasa por la explotación de estos sistemas de representación enlazados con BBDD (también es BIM al fin y al cabo).

Moscú OPENDATA

• Finalmente comentar que Infraworks 360 tiene la gran virtud de poder relacionar el mundo real con nuestros proyectos de infraestructuras y el software de modelado 3D; sobre todo por la gran potencia de exportación (suelo, bloques, obra lineal y superficie en ficheros independientes si lo deseas) en formato  *.fbx ; que dicho sea de paso, es el formato que menos problemas (geometría + texturas) produce a la hora de interpretarse por otros software de distinto fabricante (comprobadísimo¡¡¡¡). 
• Si alguien quiere profundizar más en las posibilidades de esta aplicación aquí dejo colgado un manual bastante completo en inglés realizado por Eric Chappell - Descarga
• Hasta el próximo post.
• By Rah.

INTRODUCCION AL DISEÑO PARAMETRICO. RHINOCEROS 3D + GRASSHOPPER.

• A veces el software convencional de diseño asistido por ordenador tiene ciertas carencias y no permite realizar según que operaciones o son muy tediosas de conseguir. Cuando se representa una figura concreta, ésta suele tener un  carácter estático e invariable en sus dimensiones, posición, forma -> para modificar dichos atributos/características hemos de accionar en la herramienta que el programa CAD nos proporciona a tal fin (rotar, desplazar, copiar, pegar, escalar, extruir, proyectar...).

Diseño parametrizado.

• Imagina poder crear cualquier elemento 2D/3D y tener la capacidad de modificar gran cantidad de sus "parámetros de manera integral" a voluntad del usuario; así como la relación (posición, distancia, trayectoria, número ..) con el resto de elementos que lo rodean, además de poder variar todas las características interactivamente u atendiendo a funciones matemáticas predefinidas. Todo lo anterior es el diseño paramético o proceso basado en un esquema algorítmico que permite expresar parámetros/reglas que definen, codifican y aclaran la relación entre los requerimientos del diseño y el diseño resultante.
• Este concepto se utiliza con total asiduidad desde hace tiempo en las nuevas concepciones arquitectónicas y en todo la relacionado con la tecnología BIM. De hecho han sido arquitectos como Frank Gehry, Zaha Hadid o Rem Koolhaas los pioneros en el diseño estructural mediante estas herramientas (dando lugar a figuras panelizadas, formas que imitan las existentes en la naturaleza,  los fluidos etc).

• El software utilizado para el trazado paramétrico es poco variado aunque en pleno apogeo y desarrollo. Por ello es probable que la mayoría de los diseñadores estén al tanto de Rhino como software que permite la modelación en 3D de manera intuitiva y precisa, sin embargo, Grasshopper resulta ser un software más nuevo o desconocido. Grasshopper es un pluggin de Rhinoceros, orientado al diseño paramétrico que funciona como editor de algoritmos generativos. Las ventajas de este programa es que a diferencia de muchos, con este no se necesita experiencia en programación o scripting, lo cual permite crear diseños paramétricos a partir de componentes generadores, obteniendo una considerable optimización de tiempo.
• Antes de ver un ejemplo concreto de la funcionalidad/aplicación de estas herramientas; recomiendo echar un vistazo a este vídeo para ver las posibilidades del software citado y saber de que estamos hablando exactamente:

• A partir de ahí; sabemos que este software existe y está a nuestra disposición, la pregunta es: para que nos puede servir o como nos puede ayudar. Esta claro que su potencia radica en el manejo simultáneo de gran cantidad de datos/figuras, que pueden ser o no variables (en todas las magnitudes posibles) y estar situados en distintos posiciones; ya sea absolutas o relativas con respecto a otros objetos.
• Personalmente este concepto me resultó de gran utilidad (mi agradecimiento a R.M.E. de Modelical) en la representación tridimensional de una estructura/celosía metálica perteneciente a un viaducto ferroviario de alta velocidad. Los datos de partida eran polilineas 3D (incluidas contraflechas de fabricación) de los ejes de cordones longitudinales, montantes transversales y arriostramientos de unión entre los mismos.

Ejes de cordones contraflechados + CGN

• A partir de los puntos singulares o centro geométricos de los nudos de la estructura hubo de implementarse una serie de algoritmos en Grasshopper que nos permitieran automatizar lo máximo posible el proceso. 
• Principalmente se trataba de generar los carriles/ejes a través de los cuales (a posteriori) efectuaríamos las extrusiones  de cada elemento de la celosía sin necesidad de realizarlo de forma manual. No solo eso; si no que también era necesario generar nuevos vertices intermedios entre los singulares proporcionados para ubicar los arriostramientos entre cordones principales. Esto se consigue manejando listas/rangos de puntos y relacionándolos con otros. Ejemplito:

Obtención de extrusión 3D de todos los montantes superiores.

• Este mini algoritmo de Grasshopper (muy explicativo) realiza lo siguiente:

1. Importa la geometría a extruir [Params-Geometry->Geometry (Set one geometry -> sección montante superior; básicamente un rectángulo aunque podría ser cualquier figura 2D)].
2. Prospección de los vértices de los montantes [Params-Point- (Set Multiple points)] primero los que conforman el cordón superior derecho y posteriormente el izquierdo (mismo numero de puntos)
3. Definición de ejes de todos los montantes superiores [Curve-Primitive-Line (between two points)] entre PTOS SUP IZQUIERDOS Y DERECHOS.
4. Mover la sección tipo del montante superior a lo largo de todos los puntos del cordón [Transform-Euclidean-Move]; al mismo tiempo, también copia.
5. Finalmente extruir la sección del montante a lo largo de todas las lineas/eje de montantes provistos [Surface-Freeform-Extrude].
6. A través del comando Bake (cocer) transformamos los objetos Grasshopper en solidos/superficies Rhino para su posterior tratamiento.

• Lo anterior es sencillo; pero la complicación puede ser exponencial, dependiendo de lo que se quiera conseguir (aunque todo esto; es un caso amateur ¡¡¡):

Rhino + Grasshopper

• La viñeta superior muestra como se siguen implementando algoritmos para construir el resto de la estructura entre montantes superiores e inferiores, formada por sucesiones de arriostramientos. En este caso la relación entre vértices principales y/o secundarios representa referencias cruzadas obtenidas variando la selección de puntos (listas/rangos de elementos) que forman las líneas por medio de una norma/steps preestablecidos (del tipo 1er vertice de izq con 2º de la derecha o similares).

"Bake" a montantes y arriostramientos.

• El ahorro de tiempo es brutal y además cualquier modificación en la geometría que se ha utilizado para las extrusiones u otras operaciones es trasladado automáticamente al modelo predefinido en Grasshopper.
• Conceptualmente al principio es "difícil de tragar" pero tiene posibilidades infinitas ya que además están disponibles gran cantidad de Addons gratuitos (ver FOOD4RHINO). 
• Algunos de estos pluggins están estrechamente relacionado con la Geomática como son: Elk - Dtm - Heron (Arcgis) y MeerkatGIS. 

• Otros módulos permiten conectar con software BIM través de aplicaciones de conversión entre formatos como Humming-bird (combinaríamos el potencial de Rhino+Grasshopper+ REVIT). 
• Finamente puedes incluso  programarte procesos de diseño o herramientas por medio de Python.
• Después de efectuar el modelado del viaducto podemos tratarlo a través de software infográfico (Lumion + Infraworks --> ya hablaremos de ellos) para conseguir una representación mas realista del tipo:

Infografias 3D

• Pues nada; hay que buscar siempre la herramienta adecuada para el trabajo/objetivo que se persigue (dentro de nuestras posibilidades) y hacer el esfuerzo de aprender los conceptos/ideas claves para luego aplicarlo a tu tinglado.
• Hasta la próxima...
• By Rah.

REPLANTEO DE VÍA EN PLACA EN LINEAS FERROVIARIAS DE ALTA VELOCIDAD.

• Dentro de la topografía convencional (no metrología o montaje industrial) hay una serie de trabajos que podemos definir como de gran precisión. Probablemente el posicionamiento/replanteo de una vía en placa de Alta Velocidad sea uno de ellos (al menos localmente), sobre todo por las restrictivas tolerancias geométricas exigidas y el instrumental/metodologías específicas que se requiere para conseguirlas.

• El principal escollo de estos trabajos (aunque no lo parezca) es establecer una conveniente red topográfica principal de control. Esto es debido a que normalmente se adjudica un tramo de Superestructura (carril, traviesa, vía, catenaria, señalización) que engloba/comprende  un importante numero de segmentos/tramos de Infraestructura previamente construidos (trabajos de obra civil: tierras, plataforma, estructuras, drenaje). Estos últimos suelen demorarse en el tiempo y normalmente; aunque están "enlazados topográficamente en inicio/final entre sí", no presentan redes muy homogéneas (diferentes tipos de observación, vértices geodésicos de origen, cálculo y compensación) -> este es realmente el desafío y  suele estar lleno de "artificios necesarios".
• En esta ocasión nos centraremos en la topografía "local" de los trabajos. A partir de los vértices singulares de la red principal se realizan diferentes poligonales de precisión (red secundaria) por tramos con longitudes entre 175-250 metros de lado, centrados forzados (sobre pilar en exteriores/consolas en interiores de túneles) y observaciones con series angulares (al menos 6 ciclos Bessel en cada estacionamiento). 
• Una vez compensadas las bases de dichas poligonales de apoyo/densificación (se dice pronto); se  materializan y radian bulones de centrado Wild en ambos lados del eje de la vía (normalmente sobre torres de catenaria cada 50m en exteriores y en hastiales cada 25m en interior de estructuras). Las determinaciones de estos bulones se realiza solapando las observaciones de bases contiguas hacia PK+ y PK-. Paralelamente se llevan nivelaciones geométricas de precisión todo a lo largo de la traza, materializando cotas  ortométricas cada 50 m (bases de catenaria o aceras/hastiales de túneles).

Monumentación de bases centrado forzado, bulones WILD y clavos altimétricos.

• En este momento ha de distinguirse el tipo de vía a replantear: si se trata de vía en balasto donde actúan en la nivelación, peraltado y alineación las bateadoras no es necesario que el piqueteado (normalmente cada 10 m o más); sea tan denso como cuando se instala una vía en placa que es "más artesanal" (cada 5m). De echo el piquete (puede ser un bulón en catenaria, un perfil clavado en el subbalasto o un cartelito con muesca de referencia) sirve para situar la vía absolutamente; lo mas cerca posible de su situación proyectada, antes de que empiecen a interactuar la maquinaria específica para la construcción de la vía en balasto o los operarios especializados en caso de la vía en placa.
• En un caso real de túnel de Alta Velocidad: se dispusieron los piquetes (indicadores del PK de la vía replanteada, distancia del carril cercano en cara activa, diferencia de cota al hilo bajo y peralte a partir de la red topográfica secundaria/poligonales interiores/bulones radiados) en la cara externa de las aceras cada 5 m. Para manipular la vía en planta y alzado se instalan una serie de soportes anclados a la pared (xy) y otros alternos izq-der en contacto con el suelo (z); cada 3-4 traviesas aproximadamente, que permiten mediante el accionamiento de husillos ajustar la posición del carril en distancia al eje de vía y cota/peralte.

Mecanismos de Ajuste en planta y alzado de via en placa + piquete indicador del replanteo.

• Una vez que los operarios disponen la vía objeto de estudio en una posición muy aproximada a la definitiva (se ayudan de flexómetros, regla de ancho peralte,  niveles de burbuja/de linea midiendo a piquetes) empezaría la labor de chequeo topográfico.
• La instrumentación a emplear suele ser un carro de vías homologado y una estación total robotizada de alta precisión en la medida de ángulos y distancias (1" y 1 mm+-1ppm x d). Se procede al posicionamiento de la Estación -> mediante intersecciones inversas mixtas a bulones Wild  para cálculos de coordenadas planimetricas (radiados con solape desde vértices de poligonal contiguos) y a clavos de nivelación de precisión en determinaciones de cota . Normalmente se realizan series de observaciones (3-4 ciclos con Bessel) a 6 u 8 bulones a ambos lados de las vías; además de tomar referencia de cota promediada a 2-3 clavos de nivelación. Es necesario que las distancias máximas de registro estén en torno a 80-90 m (máximo). Las elipses de error obtenidas han de ser < 2mm en xyz y < 5" en angulos.
• Como se trabaja en coordenadas proyectivas (hasta hace poco UTM/ED50) obtenidas/derivadas de un macrocálculo que engloba (o lo intenta) todas las redes topográficas de infraestructura; no hay mas remedio en ocasiones que "jugar" con los factores de escala de la red (a parte del K utm) para que el ajuste final sea lo mas preciso posible (intersecciones inversas con factor de escala libre- autoajuste). En definitiva a veces mediremos/replantearemos distancias reales de 80 m como 79.996 m o 80.003 (o similares); el que haya trabajado en ello, supongo que lo entenderá.

Gráfica de observaciones - posicionamiento via en Placa.

• El carro de vías se va posicionando secuencialmente (operador lo mueve) en cada PK singular (normalmente donde están los aditamentos de ajuste del ripado horizontal - cada 2.4 m) y la estación total toma datos de la situación del mismo (mediante estado de seguimiento y reconocimiento del prisma). Así se obtienen unas coordenadas muy precisas que llegan al ordenador del carro (por RF) donde el software evalúa a que distancia se está del punto teórico del eje en planta (xy eje),  diferencia de cota con respecto a la rasante en ese PK (z ras), desviación al peralte teórico (a partir de PK y medición peralte del propio carro) y flecha de cuerda de 10 m en ese punto (evaluar curvatura respecto a puntos anterior/posterior). Remarcar que el ancho de vía, también evaluado debería de estar correcto a priori . Los datos registrados se muestran en la siguiente captura del carro de vías:

Datos de estado y corrección de la vía.

• En base a los datos mostrados; los operarios que acompañan al equipo de topografía, podrán ajustar en cada punto la situación de la vía accionando sobre los elementos de corrección/husillos; ya sea levante o ripado, disponibles previo al hormigonado definitivo. La tarea se lleva a cabo en todo el paño dispuesto para su comprobación y realizando solape con los tramos anterior/posterior.

Operario corrigiendo levante/peralte de vía.

• Una vez que el segmento de trabajo es ajustado (dispuesto por los topógrafos de constructora y comprobados por ATDO) se realiza una levantamiento final que ha de verificar que se han obtenido las tolerancias descritas en el pliego del proyecto; cuyas magnitudes orientativas se describen en la siguiente tabla:

Listado tolerancias montaje Vía en Placa.

• Normalmente en la vía en balasto suelen realizarse comprobaciones hectométricas (100 m por km) por parte del Cliente; así como calificaciones de la vía adaptadas a esa longitud (dictadas por NRV e IGP en España). En el caso de la vía en placa (menos común); cuya instalación es mas cara, tediosa y sin  apenas margen correctivo suele comprobarse la totalidad del trazado. Se generan listados de comprobación para validación de la vía auscultada del tipo siguiente (suelen estar automatizados a partir de las tolerancias y datos recogidos por el carro de vías):

Informe de datos finales almacenados.

• El hormigonado final es convencional (vertido,vibrado y fratasado); aunque en ocasiones suelen emplearse fibras metálicas en su dosificación para ahorrarse la disposición de algunas armaduras (aumentando costo y ganando tiempo de instalación).

Vía en placa hormigonada.

• Si bien la geometría, trazado y replanteo de cualquier obra de ingeniería es capital; lo es mucho más en las superestructuras ferroviarias, es un lástima que nunca se dé el mérito que le corresponde a una labor tan fina y compleja.
• By RAH.